Повышение безопасности эксплуатации оборудования для подготовки и хранения нефти в условиях накопления электростатических зарядов в водонефтяной смеси

Актуальность работы.

Согласно Федеральному закону № 116-ФЗ от 21.07.1997 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» оборудование для подготовки и хранения нефти по условиям эксплуатации относится к категории опасных производственных объектов, что обусловлено воздействием на него ряда известных факторов, которые могут способствовать развитию аварийных отказов за счет ухудшения технологических свойств отдельных узлов и деталей, а также возникновению пожаровзрывоопасных ситуаций. К таким факторам, например, относится наличие физических и геометрических концентраторов напряжений в металле оборудования для подготовки и хранения нефти, его коррозионная усталость под воздействием эксплуатационных нагрузок, общая коррозия углеродистых и низколегированных сталей нижних поясов резервуаров, высокая вероятность возгорания паров нефтепродуктов при их аварийном разливе и ряд других. Изучению и разработке методов предотвращения возникающих при этом осложнений посвящено большое количество работ, которые способствовали достижению значительного прогресса в обеспечении безопасности эксплуатации данного вида оборудования.

Отметим, что еще одним негативным фактором, изучению которого до настоящего времени практически не уделялось внимания, является электризация водонефтяной смеси. Электростатические заряды, образующиеся в трубопроводах в процессе транспортировки нефти, накапливаются в объеме водонефтяной смеси и существенно изменяют коррозионную активность водной фазы, что значительно увеличивает аварийность оборудования для хранения и подготовки нефти, а также создает благоприятные условия для возникновения пожаров и взрывов в резервуарах.

В связи с этим проблема исследования влияния электростатических зарядов на коррозионную обстановку, складывающуюся в оборудовании для подготовки и хранения нефти, а также его пожаровзрывоопасность, имеет существенное научное и прикладное значение, так как разработка эффективных методов и средств борьбы с этим видом осложнений позволила бы значительно повысить безопасность эксплуатации производственных объектов на нефтяных промыслах.

Цель работы.

Разработка научно обоснованного метода повышения безопасности эксплуатации оборудования для подготовки и хранения нефти при накоплении в водонефтяной смеси электростатических зарядов путем исследования влияния статического электричества на пожаровзрывоопасность и особенности коррозии емкостного оборудования нефтепромыслов.

Основные задачи исследований.

1 Разработка методики и необходимого оборудования для лабораторного исследования процесса электризации водонефтяной смеси при ее транспортировке по промысловым нефтепроводам.

2 Исследование влияния водной фазы, активированной накопленными электростатическими зарядами, на особенности коррозии металла оборудования для подготовки и хранения нефти.

3 Разработка научно обоснованного метода снижения интенсивности накопления перераспределяющихся электростатических зарядов в водонефтяной смеси, а также технических средств для его осуществления.

4 Промышленная апробация разработанного метода и технических средств, а также их внедрение на нефтедобывающих предприятиях с целью повышения безопасности эксплуатации оборудования для подготовки и хранения нефти.

5 Оценка рисков аварий на резервуарах для хранения нефти при использовании разработанного метода и устройства для их защиты от статического электричества.

Научная новизна.

1 Установлено, что при транспортировке водонефтяной смеси по нефтепроводам происходит перераспределение электростатических зарядов между водой и нефтью с локализацией отрицательных зарядов в водной фазе, а положительных — в нефтяной. Научно обосновано, что причиной подобной локализации является протонирование молекул нефти с образованием в ней карбокатионов, которые сохраняют стабильность до пунктов хранения и подготовки. Показано, что в дальнейшем на стадиях хранения и подготовки нефти происходит миграция положительных зарядов из нефтяной фазы в остаточную водную фазу и промывочную водную фазу, что повышает их коррозионную активность и негативно сказывается на безопасности эксплуатации емкостного оборудования.

2 Экспериментально показано, что применение антистатических составов существенно снижает накопление электростатических зарядов в нефти и воде, уменьшая коррозионную активность водной фазы на стадии хранения нефти и препятствуя повышению кислотности водной вытяжки из нефти на стадии подготовки, в результате чего повышается безопасность эксплуатации технологического оборудования.

3 Научно обосновано и экспериментально подтверждено, что деэмуль-гаторы, повсеместно применяемые в нефтяной отрасли, увеличивают перераспределение электростатических зарядов между водной и нефтяной фазами, снижая, тем самым, безопасность эксплуатации технологического оборудования и повышая его пожаровзрывоопасность.

Практическая ценность.

При участии соискателя в ООО «Раилан-Кеми» (г. Уфа) разработаны методические указания «Методика определения параметров устройства для снятия электростатических зарядов с нефтепровода (УЭЗН)», в соответствии с которыми в ЗАО «Нефтемонтаждиагностика» (г. Уфа) изготовлено данное устройство. УЭЗН было установлено на трубопроводе ОАО «Татнефть» перед входом в резервуар цеха первичной подготовки нефти. В процессе эксплуатации водородный показатель подтоварной воды в резервуаре повысился с 6,2 до 6,8- а окислительно-восстановительный потенциал уменьшился с 610 до 530 мВ (н.в.э.), что позволило снизить скорость коррозии трубной стали в водной фазе в среднем в 3 раза и, соответственно, уменьшить аварийность при эксплуатации емкостного оборудования на нефтепромысле в 2,7 раза. Метод дозирования антистатических составов апробирован и применяется в ООО «Регион-сервис» для повышения безопасности эксплуатации емкостного оборудования нефтепромыслов. Дозирование антистатика «Аминосилок-сан» на устье ряда скважин показало снижение скорости коррозии стали 20 в подтоварной воде нефтесборного резервуара в среднем с 1,7 до 0,5 мм/год. При этом аварийность оборудования цеха первичной подготовки нефти снизилась в 3,4 раза.

Апробация результатов исследований.

Основные результаты работы доложены и обсуждались на научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2008) — V международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт — 2009» (г. Уфа, 2009) — 60-й, 61-й и 62-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2009, 2010, 2011) — научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2010) — международных научно-технических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2011, 2012) — 3-й международной студенческой научно-практической конференции «Oil and gas horizons 2011» (Москва, 2011) — научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2011) — V научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза» (г. Уфа, 2011).

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в пятнадцати печатных работах, в том числе в трех статьях в рецензируемых изданиях.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и 3 приложений. Объем диссертации 166 страниц машинописного текстаприводится 35 таблиц, 53 иллюстрации, 3 приложения.

Список литературы

содержит 114 наименований.

1. Стандарт «Порядок проведения лабораторных и опытно-промысловых испытаний химических реагентов для применения в процессах добычи и подготовки нефти и газа» СТ-17−03−02.

2. ГОСТ Р 51 858−2002 «Нефть. Общие технические условия».

3. Куликов В. Д., Шибнев А. В., Яковлев А. Е., Антипьева В. Н. Промысловые трубопроводы. М: Недра, 1994. — 303 с.

4. Тюсенков А. С. Устройство для снятия статического заряда с нефтепровода. / 'Энергоэффективность. Проблемы и решения: материалы X Российского энергетического форума. Уфа: изд-во ГУП «ИПТЭР», 2010. — С. 209−210.

5. Антипин Ю. В., Валеев М. Д., Сыртланов А.III. Предотвращение осложнений при добыче обводненной нефти. Уфа: Башк. кн. изд-во, 1987. -168 с.

6. ГОСТ 9.502−82 «Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов для водных систем. Методы коррозионных испытаний».

7. ГОСТ 9.506−87 «Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов в водно-нефтяных средах. Методы определения защитной способности».

8. Жук Н. П. Курс коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976.-472 с.

9. Саакиян JI.C., Ефремов А. П. Защита нефтегазопромыслового оборудования от коррозии. М.: Недра, 1982. — 227 с.

10. Газимов М. Г., Максутов P.A., Кадеев K.M. Электризация при освоении и эксплуатации скважин. Казань: «Таткнигоиздат», 1972. — 160 с.